【光波导技术发展文献综述2600字】

光波导技术发展文献综述随着社会的发展，我们处于信息爆炸的时代，海量的信息需要存储，处理，传输，由于电子器件受到其基本速度和宽带限制的制约，所以其运行速度和集成度很难进一步提高，而且电子在芯片中运动时通过欧姆损耗产生热量。虽然这种热对于某些应用(如光热治疗)是可取的，但它对用于传感和信息技术的等离激元器件是一个缺点，所以电子计算机运行时会耗散大量的能量。解决上述问题的一个方法是用光信号代替电信号。1.1传统波导和光子晶体早在1970年，美国科学家S.E.Miiller就提出了“集成光学”的概念。利用光代替电子来传输信息与能量，由于光的衍射极限的存在，在介质体和波导中传播的光束的最小直径与介质中的波长相同，即λo/n(λo是自由空间中的波长，n是折射率),所以传统的波导体积较大，很难与纳米级的电子器件集成，光学测量的空间分辨率也比较低。另外传统波导主要利用光的全内反射，所以损耗较大，尤其是波导曲率增大时，损耗急剧增大。光子晶体具有周期性结构，可以通过改变其结构和参数进行灵活设计，因此进一步满足光学通信的需求，其稳定性更高，损耗减小，而且光子晶体相对于传统波导，其最大的优点就是在不增加损耗的情况下，可以使光线发生较大曲率的弯折，甚至实现直角转弯，Y型传输等。但是无论传统波导还是光子晶体都没有突破光的衍射极限。无法将光束引导到小于光的波长的纳米级材料中，这使得光子器件的微型化，以及与电子器件的集成成为一个难题。1.2亚波长光波导突破衍射极限，对光束进行亚波长约束是纳米光子学一直追求的目标。亚波长波导可以实现了更深入的系统集成、微型化，为缩小互连技术提供机会，并最终为内部的应用增加通信带宽，在光信号处理、纳米光学器件和纳米分辨率近场显微镜以及传感器等领域有很大的潜在发展和应用前景。最常见的亚波长波导有三类：一是基于纳米光子学的高折射率介质波导[3,5,56-62],如硅纳米颗粒波导[5,57,59,62],二是金属表面等离激元波导，三是二者混合的混合表面等离激元表面等离激元刚兴起时，由于其制作上需要精密的纳米级控制，所以R.F.Oulton[4]等人提出了一种将介质波导与等离激元相结合的新方法。该混合光波导由一根介质纳米线与金属表面通过纳米级介质间隙分离而成。等离激元模和波导表面等离激元可以在强模约束下长距离(40-150μm)运动。这种方法与半导体图1.8混合等离激元波导[4]对于许多光子应用，重要的是限制特定波长的光在一定体积内低损耗传输。能使用垂直于固体网格线的偏振光来激发波导支撑的混合结构中的波导等离激地引导谐振模式。展示了一种将自上而下激光干涉光刻(LIL)和自下而上(胶体合成和模板辅助自组装法TASA)方法相结合的新方法，用于在大厘米尺度上NP光栅的等离激元辐射模式与TiO₂基导模共振效应(GMR)的正入射光子模式的耦合；这导致了杂化态的形成，杂化态可以通过改变入射角(AOI)来调节。实现了它在折射率RI传感方面的潜在应用，其中GMR器件的灵敏度可以通过图1.9胶体等离激元自组装光栅的杂化导模共振[9]断追求的目标。实验证明了亚波长约束波导的高折射率介质纳米粒子在超过500和220nm时，传输损耗分别为34dB/m[1]S.A.Maier,P.G.Kik,H.A.Atwater,S.Meltzer,E.Harel,B.E.Koel,etmetalnanoparticleplasmonwaveguides,"NatureMaterials,vol.2,pp.229-232,Apr[2]J.J.Du,S.Y.Liu,Z.F.Lin,J.Zi,andS.T.Chuibelowthediffractionlimitwit[3]R.S.Savelev,A.P.Slobozhanyuk,A.E.Miroshnichenko,Y.S.Kivshar,andP.A.Belov,"Subwavelengthwaveguidescomposedofdielectricnanoparticles,"PhysicalReviewB,vol.89,2014.[4]R.F.Oulton,V.J.Sorger,D.A.Genov,D.F.P.Pile,andX.Zhang,"plasmonicwaveguidefoNaturePhotonics,vol.2,pp.496-500,Aug2008.[5]L.Ding,D.Morits,R.Bakker,S.Li,D.Eschimese,S.Zhu,etModulationinChainsofSiliconNanoantennas,"ACSPho[6]R.M.Bakker,Y.F.Yu,R.Paniagua-Dominguez,B.Luk'yanchuk,andA.I.Kuznetsov,"ResonantLightGuidingLetters,vol.17,pp.3458-3464,Jun2017.[7]S.A.Maier,P.G.Kik,andH.A.Atwater,"Observationofcoupledplasmon-polaritonmodesinAunanoparticlechainwaveguidesofdifEstimationofwaveguideloss,"AppliedPhysicsLetters,vol.81,pp.1[8]D.K.GramotnevandS.I.Bozhevolnyi,"PlasmonicsbeyondNaturePhotonics,vol.4,pp.83-91,Feb2010.[9]S.Sarkar,V.Gupta,M.Kumar,J.Schubert,P.T.Probst,J.Joseph,etalGrating,"AcsAppliedMaterials&Interfaces,vol.11,pp.13752-13760,Apr102019.[10]M.Mayer,P.L.Potapov,D.Pohl,A.M.Steiner,J.Schultz,B.Rellinghaus,etal.NanoparticleChains,"NanoLetters,vol.19,pp.3854-3862,Jun2019.[11]J.Lee,J.H.Huh,K.Kim,andS.Lee,"DNAOrigami-GuidedAssemblyofRoundest60-100nmGoldNanosFunctionalMaterials,vol.28,Apr2018.[12]J.Vieaud,J.Gao,J.Cane,M.Stchakovsky,A.E.Naciri,K.Ariga,etNanoparticleChains:Synthesis,Characterization,andModelingUsingSpectroscopicEllipsometry,"JournalofPhysicalChemistryC,vol.122,pp.11973-11984,Jun7[13]A.M.Steiner,M.Mayer,M.Seuss,S.Nikolov,K.D.Harris,A.Alexeev,etal.,toDefinedPlasmonicOligomers,"AcsNano,vol.11,pp.8871-8880,Sep2017.[14]R.J.Stover,E.Moaseri,S.P.Gourisankar,M.Iqbaletal.,"FormationofSmallGoldNanoparticleChainswithHighNIRExtinctionthroughBridgingwithCalciumIons,"Langmuir,vol.32,pp.1127-1138,Feb22016.[15]M.KangandR.S.Goldman,"IonirrFromself-assemblednanostructurestoplasmoniccry[16]S.J.Barrow,A.M.Funston,X.Z.Wei,andP.Mulvaney,"NanoToday,vol.8,pp.138-167,Apr2013.[17]S.J.Tan,M.J.Campolongo,D.Luo,andW.L.Cheng,"BuildingplasmonicnanostructureswithDNA,"NatureNanotechnology,vol.6,pp.268-276,May[18]S.ZouandG.C.Schatz,"Metal[19]D.Solis,Jr.,B.Willingham,S.L.Nauert,L.S.Slaughal.,"ElectromagneticEnergyTranspoModes,"N